全球卫星定位系统与地理信息系统

时间：2022-10-03 百科知识版权反馈

【摘要】：从1957年10月世界上第一颗人造卫星升空至今，世界发达国家和有关国际组织相继建成了多个全球卫星定位系统，主要有：美国国防部的GPS系统、俄罗斯的GLONASS系统、国际海事卫星组织的INMARSAT系统。在物流领域，全球卫星定位系统将会越来越普遍地应用于各个环节。因此，车辆导航将成为未来全球卫星定位系统应用的主要领域之一。在我国，全球卫星定位系统最先用于远洋运输的传播导航。

一、全球卫星定位系统介绍

全球卫星定位系统（Global Positioning System， GPS）。它是利用分布在距地面约2万千米高空的多颗卫星对地面目标的状况进行精确测定以进行定位、导航的系统，它主要用于船舶和飞机导航、对地面目标的精确定时和精密定位、地面及空中交通管制、空间与地面灾害检测等。20世纪90年代以来，全球卫星定位系统在物流领域得到了越来越广泛的应用。

从1957年10月世界上第一颗人造卫星升空至今，世界发达国家和有关国际组织相继建成了多个全球卫星定位系统，主要有：美国国防部的GPS系统、俄罗斯的GLONASS系统、国际海事卫星组织的INMARSAT系统。

1. 美国国防部的GPS系统

美国在成功地完成了阿波罗登月飞船计划、航天飞机计划后，于1973年开始由美国国防部花费20年时间，耗资100多亿美元，建立了服务于美国全球空间战略的军民两用全球卫星系统，该系统以保护美国的军事利益为首要目标。在1991年的海湾战争中， GPS卫星星座在还没有达到 “全部工作能力” （Full Operation Capacity， FOC）的情况下就为美国及其盟国军队立下了汗马功劳。在以后的美国对伊拉克的战争、美军在前南地区的维和行动中， GPS更成了制胜的秘密武器。到1996年， GPS已是美军及其盟军的必要装备，美军以GPS装备为基本手段建立了有效管理军事物资、装备的先进的军事物流系统。

GPS由空间部分和地面部分组成，空间部分由分布在6个等间隔轨道上的24颗卫星组成，卫星距地球2万多千米，这种分布可以保证在任何时刻、全球的任何地区，都被四颗卫星覆盖， GPS的卫星星座可以全天连续地向无限多用户提供任何覆盖区域内目标的高精度的三维速度、位置和时间信息。 GPS的地面部分由1个主控站、5个全球监控站和3个地面天线组成。

GPS的用户必须配备GPS接收机才能使用GPS系统， GPS接收机的主要功能是接受卫星发送的信号，以获得必要的导航定位信息，并据此进行导航和定位。

2. 俄罗斯的GLONASS系统

俄罗斯的全球卫星定位系统全名为 “全球导航卫星系统” （Global Navigation Satellite System， GLONASS），该系统由苏联政府投资，现由俄罗斯接管，从1978年开始部署，到1995年年底全部卫星星座已部署完毕，1996年投入运行。

GLONASS也由24颗工作卫星组成，卫星轨道比GPS低1000多千米， GLONASS系统的地面构成部分与GPS相似。 GLONASS是苏联政府的一项航天工程，与美国GPS类似且作为GPS的竞争对手， GLONASS为俄罗斯军方所拥有和控制，也优先满足苏联的军事利益，同时也提供民用服务。

3. 国际海事卫星组织的INMARSAT系统

国际海事卫星组织成立于1979年，是为成员国的用户在从事海上活动时提供全球卫星移动通信、导航及定位服务的政府间组织。国际海事卫星组织的全球卫星定位系统全名为“国际海事卫星” （International Marine Satellite， INMARSAT）， INMARSAT是国际海事卫星组织进行商业活动的主要手段，该系统由4颗INMARSAT－2型卫星和INMARSAT－3型卫星组成，分别于1992年和1996年投入运行。2000年以后， INMARSAT的卫星星座中卫星数目将增加到30颗，并且INMARSAT将利用GPS、 GLONASS的卫星星座，建立一个国际性的、完全由民间控制的、新的全球导航定位系统（Global Navigation Satellite System， GNSS）。

4. 全球卫星定位系统的应用

全球卫星定位系统是20世纪产生的一项高技术，在21世纪将会被广泛地应用到许多领域。在物流领域，全球卫星定位系统将会越来越普遍地应用于各个环节。

（1）用于军事物流。

全球卫星定位系统首先是因为军事目的而建立的，在军事物流中，如后勤装备的保障等方面，应用相当普遍。尤其是在美国，其在世界各地驻扎的大量军队无论是在战时还是在平时都对后勤补给提出了很高的需求，在战争中，如果不依赖GPS，美军的后勤补给就会变得一团糟。在20世纪末的地区冲突中，美军正是依靠CPS和其他顶尖技术，以强有力的、可见的后勤保障，为 “保卫美国的利益” 做出了贡献。我国军事部门也在运用GPS，但应时刻注意美国政府的GPS政策和GPS安全性。

（2）用于汽车自定位、跟踪调度、陆地救援。

距丰田汽车公司的统计和预测，日本公司在利用全球定位系统开发车载导航系统，日本车载系统的市场在1995—2000年将平均每年增长35％以上，全世界在车辆导航上的投资将平均每年增长60.8％。因此，车辆导航将成为未来全球卫星定位系统应用的主要领域之一。我国已有数十家公司在开发和销售车载导航系统。中远、中外运等大型国际物流服务企业均建立了装载有卫星定位系统的车队。

（3）用于内河及远洋船队最佳航程和安全航线的测定、航向的实时调度、监测及水上救援。

在我国，全球卫星定位系统最先用于远洋运输的传播导航。我国跨世纪的三峡工程也已规划利用全球卫星定位系统来改善航运条件、提高航运能力。

（4）用于空中交通管理、密集进场着陆、航路导航和监视。

国际民航组织提出21世纪将用未来导航系统（Future Air Navigation System， FANS）取代现行航行系统，它是一个以卫星技术为基础的航空通信、导航、监视（Communication Navigation Surveillance， CNC）和空中交通管理（Air Traffic Management， ATM）系统，它利用全球导航卫星系统GNSS实现了飞机航路、终端和进场导航。目前GPS只能作为民用导航的补充手段。待完好性监控报警问题解决后，将过渡为唯一的导航手段。该系统的使用可降低机场的飞机起降时间间隔，使起降路线灵活多变，使更多的飞机以最佳航线和高度飞行，还可减少飞机误点，增加飞机起降的安全系数。

我国1996年3月在西安咸阳国际机场进行了世界首例完整的未来空中管理系统（CNC/ATM）演示，并获成功。全球卫星定位系统的应用将使我国航空管制从国际20世纪40年代水平一步跨入21世纪，从而开创了我国空中运输管理的新纪元。

5. 用于铁路运输管理

我国铁路开发的基于GPS的计算机管理信息系统，可以通过GPS和计算机网络实时收集全路列车、机车、车辆、集装箱及所运货物的动态信息，可实现列车、货物追踪管理。只要知道货车的车种、车型、车号，就可以立即从近10万千米的铁路网上流动着的几十万辆火车中找到该货车，还能得知这辆货车现在在何处运行或停在何处，以及所有的车载货物发货信息。铁路部门运用这项技术可大大提高其路网及其运营的透明度，为货主提供更高质量的服务。

二、地理信息系统

1. 地理信息系统概述

地理信息系统（Global Information System， GIS），是20世纪60年代开始迅速发展起来的地理学研究新成果，是多种学科交叉的产物，它以地理空间数据为基础，采用地理模型分析方法，适时地提供多种空间的动态的地理信息，是一种为地理研究和地理决策服务的计算机技术系统。

GIS的基本功能是将表格型数据（无论它来自数据库、电子表格文件还是直接在程序中输入）转换为地理图形显示，然后对显示结果浏览、操作和分析。其显示范围可以从洲际地图到非常详细的街区地图，显示对象包括人口、销售情况、运输路线以及其他内容。

2. 地理信息系统的应用

GIS应用于物流分析，主要是指利用GIS强大的地理数据功能来完善物流分析技术。国外公司已经开发出利用GIS为物流分析提供专门分析的工具软件。

完整的GIS物流分析软件集成了车辆路线模型、最短路径模型、网络物流模型、分配集合模型和设施定位模型等。

（1）车辆路线模型。

车辆路线模型用于解决一个起始点、多个终点的货物运输中，如何降低物流作业费用，并保证服务质量的问题。包括决定使用多少辆车，每辆车的行驶路线等。

（2）网络物流模型。

网络物流模型用于解决寻求最有效的分配货物路径问题，也就是物流网点布局问题。如将货物从n个仓库运送到m个商店，每个商店都有固定的需求量，因此需要确定由哪个仓库提货送到哪个商店，使得运输代价最小。

（3）分配集合模型。